Шаг 1 - непосредственный впрыск, шаг 2 - двухтактный цикл

 
+
+2
-
edit
 

Aurum

опытный

Основным препятствием созданию мощных наддувных двухтактных моторов лёгкого топлива является тот факт что при 2х-тактном цикле тракты всасывания и выхлопа некоторое время (время продувки) сообщаются один с другим. При этом если в цилиндр подается свежая топливо-воздушная смесь, она может попасть в горячий выхлопной тракт что приведёт к пожару.

Но после того как изобрели и стали применять непосредственный впрыск топлива в цилиндры (первые я так понимаю немцы на Bf 109C с JuMo 210G начиная с 1937-38 гг.), подачу топлива можно начинать уже после того как выхлопной тракт закроется. Т.о. пожар становится невозможным.

Преимущества 2х-тактных моторов достаточно весомы.
1) Большая простота, надёжность за счёт значительного упрощения органов газораспределения.
2) соответственно меньшая стоимость;
3) большая литровая мощность или при той же мощность, значительно меньшие обороты двигателя.
4) для звездообразных моторов возможность иметь чётное число цилиндров (т.е. например не 9 а 10, или не 14, а 16) т.е. бОльшим рабочий объём при практически тех же габаритах.
5) отработанные 2х-тактные моторы давали бы возможность легче перейти к дизельным двигателям.

Меньшая частота работы 2х-тактного двигателя давала возможность для звездообразных моторов легче увеличивать число цилиндров в звезде т.к. нескомпенсированные силы инерции зависящие от частоты были бы значительно меньше. Кроме того, частоты вращения ~1600-1800 вместо 2400-2700 у 4х-тактных двигателей позволяла отказаться от редуктора, что ещё более упрощало мотор и удешевляло его производство.

Меньшая частота соответствует меньшей скорости поршня. Меньшая скорость поршня снижает требования к детонационной стойкости топлива (т.е. можно использовать более дешевые сорта топлива, для немцев очень актуально!) и даёт возможность увеличить диаметр поршня при отсутствии детонации. При этом можно уменьшить число цилиндров напр. с 9 до 8 в 1й звезде, что ещё больше упрощает и удешевляет мотор.
Т.о. можно перейти к 8 и 16-цилиндровым звёздам по мощности равным 9 и 18-цилиндровым 4х-тактным моторам соответственно :)

Наиболее переспективной схемой быстроходного авиационного 2х-тактного двигателя очевидно была схема с клапанно-шелевой продувкой. Причём выхлоп предпочтительнее производить через клапан, а продувку-наддув - через щели. Эффективное охлаждение 1-2 клапанов в головке цилиндров обеспечивалось их натриевым наполнением, а поршень при этом не страдал бы от перегрева из-за обтекания горячими газами выхлопа, как в том случае если бы выхлоп производился через щели, а продувка-наддув - через клапаны.

Кроме того отсутствие впускных патрубков и клапанов в головках цилиндров освобождало место для доп. рёбер охлаждения головки цилиндров.

В общем, при использования непосредственного впрыска, мог получится мощный, простой в производстве звездообразный мотор.

Что касается прототипа, то немцы могли за основу взять БМВ-132 или БРАМО-322, отработать конструкцию, затем разработать более мощные 2х- и более- рядные "звёзды".
БМВ-132 пмсм очень неплохо бы смотрелся в 2х-тактном "виде" с неп. впрыском, а уж 801-й тем более :p

Что касается рядных моторов, то 2х-тактный цикл даёт ещё одно немаловажное преимущество - уменьшение лобовой проекции. Дело в том что развал цилиндров в 12-цилиндровом V-образном 2х-тактном двигателе может быть не 60°, как у 4х-тактных моторов, а 30°. Понятно что двигатель при этом становиться несколько более высоким, но значительно более узким.

Опять же за основу мог быть взят тот же JuMo 210G напр. для начала, если речь идёт о 1937 г. Как известно, именно Юнкерс с сер. 20х развивала линейку своих авиационных дизельмоторов, и что касается топливной аппаратуры непосредственного впрыска что называется "собаку съела" ;)

В общем считаю что непосредственный впрыск открывал дорогу для перехода авиационных двигателей на 2х-тактный цикл, со значительным упрощением их конструкции как при звездообразной так и при рядной геометрии расположения цилиндров.
Можно пожалеть что крупные моторостроительные фирмы такие как БМВ, Daimler-Benz и Юнкерс не использовали открывавшиеся перспективы.

PS
Вообще в этой теме думаю можно обсудить историю развития непосредственного впрыска как такового.
 23.023.0
Это сообщение редактировалось 31.08.2013 в 12:55
+
-
edit
 

Бяка

имитатор знатока
★☆
Aurum> Основным препятствием

Основным препятствием является другое.
Охлаждение.

Это создаёт сложности даже в 4-х тактных моторах.
Тот же упомянутый Вами ДБ-601 вполне нормально выдавал 2770 лошадей. Но в серии его не делали мощнее 1200 лошадей. Именно из за проблем с охлаждением.

Получается, что у двухтактников теже самые проблемы с охлаждением. При одинаковых тепловых нагрузках. Но добавляются проблемы с повышенными потерями на продувку и заполнение цилиндров. Особенно на быстроходных моторах. Скорость то воздуха ограничена, в трубах. А скорость заполнения и продувки, у двухтактника, должна быть, примерно, раз в 10 быстрее, чем у четырёхтактника. Чтобы операция прошла в районе нахождения цилиндра в близи к НМТ.

Именно поэтому 4-х тактники вытесняют двухтактники даже в таких примитивных вещах, как моторы бензопил и мопедов.

2-х тактные моторы эффективны, если они весьма низкооборотные. Судовые дизели, например.
 23.023.0
+
-
edit
 

zaitcev

опытный

Бяка> Именно поэтому 4-х тактники вытесняют двухтактники даже в таких примитивных вещах, как моторы бензопил и мопедов.

Там скорее основным является требовение к чистоте выхлопа.
 23.023.0
+
-
edit
 

Aurum

опытный

Бяка> Это создаёт сложности даже в 4-х тактных моторах.
Бяка> Тот же упомянутый Вами ДБ-601 вполне нормально выдавал 2770 лошадей. Но в серии его не делали мощнее 1200 лошадей. Именно из за проблем с охлаждением.
Абсурд!!! Недостаток охлаждения - значит не правильно посчитал тепловой балланс. Сделайте больше каналы для охлаждающей жидкости, прокачивайте её больше и будет вам охлаждение!
ДБ-601 ну ни как не мог давать 2770 лошадей на протяжении мало-мальски приемлемого ресурса. Дело на самом деле в ресурсе а не в охлаждении!!! Кроме того тому рекордному мотору, который стоял на Ме-209 и который иемл ресурс 5-10 часов максимум подобающее охлаждение для его рекордной мощности таки обеспечили, ибо иначе он и часа не проработал бы.

Бяка> Получается, что у двухтактников теже самые проблемы с охлаждением. При одинаковых тепловых нагрузках. Но добавляются проблемы с повышенными потерями на продувку и заполнение цилиндров. Особенно на быстроходных моторах. Скорость то воздуха ограничена, в трубах. А скорость заполнения и продувки, у двухтактника, должна быть, примерно, раз в 10 быстрее, чем у четырёхтактника. Чтобы операция прошла в районе нахождения цилиндра в близи к НМТ.
Вы, ув. Бяка вдумайтесь что пишите! Если два мотора производят одну и ту же мощность допустим 1000 л.с. с одинаковым КПД (у ДВС ~35-40%) значит они остальную энергию выдают в тепловом виде. И абсолютно индифферентно ко какому циклу они работают, по 2-тактному или по 4-такному. Просто им нужно обеспечить одинаковое охлаждение, будь оно воздушное или водяное. Вот и всё.
От куда взялись ваши 10 раз? Толи из потока, то-ли из других интересных мест!?

Бяка> 2-х тактные моторы эффективны, если они весьма низкооборотные. Судовые дизели, например.
А вот пошли и тезисы программы КПСС. Утверждения, не требующие ни каких доказательств :D
Бяка>> Именно поэтому 4-тактники вытесняют двухтактники даже в таких примитивных вещах, как моторы бензопил и мопедов.
zaitcev> Там скорее основным является требование к чистоте выхлопа.
Дак ведь выхлоп там копеечный. Дело СОВСЕМ НЕ В экологии.
Просто примитивные 2-тактные моторы - которые с кривошипной продувкой - малоэффективны, жрут масло, не работают на обычном бензине. Их терпели только из-за простоты конструкции. Но 2-тактник без компрессора и наддува - вещь малополезная и уж 100% бестолковая. Т.ч. таким действительно в природе не место ;)
 23.023.0

SarBMC

опытный

Здесь уже мелькала тема расхода топлива?
 
+
+1
-
edit
 

excorporal

координатор
★★☆
Aurum> Но 2-тактник без компрессора и наддува - вещь малополезная и уж 100% бестолковая. Т.ч. таким действительно в природе не место ;)

Rotax смотрит на тебя укоризненно. ;)
In theory, there is no difference between theory and practice. But, in practice, there is. (c) Jan L. A. van de Snepscheut  29.0.1547.6229.0.1547.62
US zaitcev #04.09.2013 03:39  @excorporal#02.09.2013 14:59
+
+1
-
edit
 

zaitcev

опытный

Aurum>> Но 2-тактник без компрессора и наддува - вещь малополезная и уж 100% бестолковая.
excorporal> Rotax смотрит на тебя укоризненно. ;)
Ротакс в этом году снял с производства все свои популярные 2-тактные авиационные моторы кроме 582-го. Теперь скребем по сусекам, ставим HKS-ы, Хирты, и MZ. На Кольб даже вернулся Кавасаки-440 в качестве опции.
 23.023.0
+
+1
-
edit
 

zaitcev

опытный

Aurum> Абсурд!!! Недостаток охлаждения - значит не правильно посчитал тепловой балланс. Сделайте больше каналы для охлаждающей жидкости, прокачивайте её больше и будет вам охлаждение!
Aurum> Если два мотора производят одну и ту же мощность допустим 1000 л.с. с одинаковым КПД (у ДВС ~35-40%) значит они остальную энергию выдают в тепловом виде. И абсолютно индифферентно ко какому циклу они работают, по 2-тактному или по 4-такному. Просто им нужно обеспечить одинаковое охлаждение, будь оно воздушное или водяное. Вот и всё.

Все это правильно, но одинаковое тепло у двух сравниваемых моторов выделяется в разном объеме, так как двухтактный двигатель будет меньше в т.ч. по рабочему объему. Из-за этого систему охлаждения организовать труднее: нет места для оребрения или нужен наддув в служае воздушного, нужен больше расход воды через вышеупомянутые каналы для жидкостного. Не хочу сказать, что это невозможно, особенно для сфероконических моторов, но задачу труднее решить на реальных.
 23.023.0

Aurum

опытный

zaitcev> но одинаковое тепло у двух сравниваемых моторов выделяется в разном объеме, так как двухтактный двигатель будет меньше в т.ч. по рабочему объему.
C чего Вы это взяли вообще? Это Вы выдумали! Почему этот 2х-тактник должен быт меньше по объёму чем 4-хтактник!? Всё как раз наоборот! Изначально мы строим 2х-тактный мотор ТАКОЙ же мощности как и взятый за основу 4х-тактный т.е. берём ТАКИЕ же размерность цилиндров и их число. Отсюда и рабочий объём получается ТАКИМ ЖЕ!
При этом имеем ввиду что поскольку рабочий ход в 2х-тактнике совершается в 2 раза чаще чем в 4-хтактнике. Значит для получения той же мощности можно иметь в 2 раза меньше оборотов. А вот литровая мощность при этом получится соответственно в 2 раза БОЛЬШЕ.
Это конечно полный идеал, который реализован быть не может.

Конечно у 2х-тактника есть т.н. "мёртвый ход" когда поршень открывает и закрывает продувочные окна. Соотвественно есть и "мёртвый объем" цилиндра (соответствующий этому мёртвому ходу, но не более) который не участвует в создании работы. Однако и этот мёртвый ход и мёртвый объём не так велики ~15-20% от полного хода и объёма соответственно. Это получается за счёт того что в НМТ линейная скорость поршня близка к 0 и несмотря на большой угол поворота коленвала, что соответствует времени открытия продувочных окон, само линейное перемещение поршня не велико, значит и окна могут быть не очень длинными и при этом открываться на достаточное время.

zaitcev> Из-за этого систему охлаждения организовать труднее: нет места для оребрения или нужен наддув в случае воздушного, нужен больше расход воды через вышеупомянутые каналы для жидкостного.
Опять же всё НАОБОРОТ! У 2х-тактников нет 1/2 газораспределительного механизма причём в самой теплонапряжённой части цилиндра - в голове. Т.е. места для доп рёбер по-сути в 2 раза больше. Для жидкостников это вообще не является принципиальной проблемой.
 23.023.0

ED

аксакал
★★★☆
☠☠
Aurum>мотор ТАКОЙ же мощности
Aurum>рабочий объём получается ТАКИМ ЖЕ!

Литровая мощность = мощность (такая же)/объём (такой же).

Aurum> литровая мощность при этом получится соответственно в 2 раза БОЛЬШЕ.

:eek:
 29.0.1547.6229.0.1547.62

Aurum

опытный

Aurum>> литровая мощность при этом получится соответственно в 2 раза БОЛЬШЕ.
ED> :eek:
Упс, закралась ошибочка :)
Конечно, при этих условиях литровая мощность тоже будет одинакова. Только весь этот идеал в 2х-тактнике произойдёт при в 2 раза меньшем число оборотов. А как раз по оборотам резервы увеличения мощности за их счёт получаем весьма весомые, что и ведёт к увеличению литровой мощности.
Вот любопытный график (понятно что в данном случае разница между циклами Отто и Дизеля не играет принципиальной роли)
 
 23.023.0
RU Данил_ #11.07.2016 17:40  @zaitcev#04.09.2013 03:44
+
+1
-
edit
 

Данил_

новичок
Aurum>> Абсурд!!! Недостаток охлаждения - значит не правильно посчитал тепловой балланс. Сделайте больше каналы для охлаждающей жидкости, прокачивайте её больше и будет вам охлаждение!
Aurum>> Если два мотора производят одну и ту же мощность допустим 1000 л.с. с одинаковым КПД (у ДВС ~35-40%) значит они остальную энергию выдают в тепловом виде. И абсолютно индифферентно ко какому циклу они работают, по 2-тактному или по 4-такному. Просто им нужно обеспечить одинаковое охлаждение, будь оно воздушное или водяное. Вот и всё.
zaitcev> Все это правильно, но одинаковое тепло у двух сравниваемых моторов выделяется в разном объеме, так как двухтактный двигатель будет меньше в т.ч. по рабочему объему. Из-за этого систему охлаждения организовать труднее: нет места для оребрения или нужен наддув в служае воздушного, нужен больше расход воды через вышеупомянутые каналы для жидкостного. Не хочу сказать, что это невозможно, особенно для сфероконических моторов, но задачу труднее решить на реальных.

Наткнулся на этот форум разыскивая информацию о двухтактных двигателях с непосредственным впрыском и обнаружил, что ни кто даже понятия не имеет о том, что именно он даёт, этот непосредственный впрыск. По быстрому и простому:
1. Дополнительное охлаждение за счёт испарения жидкой фазы топлива в момент впрыска в камеру сгорания, энергия забирается в момент перехода из жидкой фазы в газообразную - это очень значительное охлаждение.
2. Возможность создавать неоднородные (в среднем сверх обеднённые на весь объём) смеси, например, впрыск производить почти у самой ВМТ, перед зажиганием, таким образом, что бы в непосредственной близости к свече зажигания смесь была пригодная для воспламенения от искры, а ниже сверх обеднённая. Тем самым можно добиться полноценного сгорания очень малого количества топлива в огромном цилиндре без насосных потерь сопротивления дроссельной заслонки, так как её просто нет, и, как следствие, с большей эффективностью за счёт большего коэффициента наполняемости камеры сгорания (степень сжатия не снижается на холостых).
3. При необходимости кратковременно получить пиковую мощность двигателя, наплевав на его эффективность, можно подавать немного топлива даже после ВМТ, после искры. Это неизбежно поднимет температуру двигателя, но такая возможность может оказаться очень даже необходимой.

Проблема у двухтактников остаётся одна - продувка, невозможность эффективного наддува. Можно её решить кстати непосредственным впрыском сжатого воздуха, это поможет с охлаждением ещё в большей степени.
 51.0.2704.10351.0.2704.103
RU Данил_ #11.07.2016 18:39  @Данил_#11.07.2016 17:40
+
-
edit
 

Данил_

новичок
Кстати, если уже развлекаться с непосредственным впрыском всех горючих компонентов в камеру сгорания, то для наземного транспорта можно, например, использовать огромный объём + как минимум три цилиндра, продолжительное искрение на свечах + выпрыск топлива в момент перехода ВМТ->НМТ. Работа выпускного клапана при переходе от НМТ->ВМТ. При чём впрыск можно намеренно очень сильно замедлить, тем самым снизить обороты до минимума, можно и до 0, сцепление будет не нужно, так же как и трансмиссия. Это позволит не использовать стартер вообще при пуске двигателя. Единственное что нужно независимый, например, электро ТНВД+ВНВД(воздушный насос высокого давления).
 51.0.2704.10351.0.2704.103
+
-
edit
 

ahs

старожил
★★★★
Д.> ... ни кто даже понятия не имеет о том, что именно он даёт, этот непосредственный впрыск.

не будь столь строг к нам :D

Д.> 1. Дополнительное охлаждение за счёт испарения жидкой фазы топлива в момент впрыска в камеру сгорания, энергия забирается в момент перехода из жидкой фазы в газообразную - это очень значительное охлаждение.

Сразу уж напиши, что исходно более холодная смесь перед началом горения дает за счет многих факторов более высокий КПД. В годы ВМВ апофеозом применения такого внутрицилиндрового охлаждения стал впрыск воды и метанола, правда не непосредственный.

Д.> 2. Возможность создавать неоднородные...

вне авиационного форума есть темы про послойный впрыск, форкамерные двигатели и т.д.
Как показали исследования, те кто занимается утренней гимнастикой умирают гораздо реже, потому что их гораздо меньше.  51.0.2704.10351.0.2704.103
+
-
edit
 
Aurum> Кроме того, частоты вращения ~1600-1800 вместо 2400-2700 у 4х-тактных двигателей позволяла отказаться от редуктора, что ещё более упрощало мотор и удешевляло его производство.

- редуктор позволяет увеличить усилие на валу. Отказ от 2-кратного снижения оборотов означает 2-кратное снижение усилия и необходимость мелкий "легкий" винт ставить
 46.0.2486.046.0.2486.0
+
-
edit
 

Aurum

опытный

Bredonosec> - редуктор позволяет увеличить усилие на валу.
усилие на валу называется моментом силы, так ведь!?
Bredonosec> Отказ от 2-кратного снижения оборотов означает 2-кратное снижение усилия и необходимость мелкий "легкий" винт ставить
ну собственно ни кто не заставляет от редуктора отказываться, можно и оставить просто уменьшив передаточное соотношение. У 2-тактника обороты не в 2 а только а прибл. 1,5 раза меньше обычных у 4-тактника.

Вообще, 2-тактник - это не только неп. впрыск, но и обязательно весомый наддув. Иначе конечно проиграет по ПКД.
 47.047.0
+
-
edit
 
Aurum> усилие на валу называется моментом силы, так ведь!?
в принципе да :)

Aurum> ну собственно ни кто не заставляет от редуктора отказываться, можно и оставить просто уменьшив передаточное соотношение. У 2-тактника обороты не в 2 а только а прибл. 1,5 раза меньше обычных у 4-тактника.
ну не в 2, а в полтора раза момент на валу потеряем.. в любом случае в минус..

Aurum> Вообще, 2-тактник - это не только неп. впрыск, но и обязательно весомый наддув. Иначе конечно проиграет по ПКД.
кстати, а как организовать этот наддув? Если выхлоп и всасывание в одно время происходят - как? В 4-тактнике хоть раскиданы по тактам - один через выпускные клапана полностью гарь удаляют, через один - свежее впускают, можно с наддувом.
А в 2-тактнике как? При попытке организовать продольное течение газов мысль дорисовывает катящийся поршень, а это уже ванкель..
 26.026.0
+
-
edit
 

ждан72

аксакал
★☆
Aurum> Иначе конечно проиграет по ПКД.

по КПД (литры бензина на кол-во лошадей) он и проигрывает. даже те современные впрысковые, где продувка идет чистым воздухом а горючка впрыскивается когда окна закроются.
 47.047.0
+
-
edit
 

Aurum

опытный

ждан72> по КПД (литры бензина на кол-во лошадей) он и проигрывает.
Неправда!
Низкооборотные 2-тактники тинют более высокий КПД чем какие-либо 4-тактники. У среднеоборотных КПД не хуже. Высокооборотные 2-тактники по-сути не строятся в массовом кол-ве. За исключением 3-5-6ТДФ у которых показатели действительно рекордные для ЛЮБЫХ ДВС! ;)
 47.047.0
+
-
edit
 

Aurum

опытный

Bredonosec> кстати, а как организовать этот наддув? Если выхлоп и всасывание в одно время происходят - как?
А в чём проблема!? Имеем клапанно-шелевую продувку. Клапан впускной, через щели выхлоп. Имеем и продувку и наддув полноценый и какой захотим ;)
Bredonosec> А в 2-тактнике как? При попытке организовать продольное течение газов мысль дорисовывает катящийся поршень, а это уже ванкель.
Это не ванкель, это схема юнкерса-чаромского, доведённая до совершенства на 3-5-6ТДФ и 10Д100 :) Это действительно самая выгодная схема ДВС с точки зрения термодинамики и к тому же по-сути самая простая конструктивно.
 47.047.0
+
-
edit
 
Aurum> А в чём проблема!? Имеем клапанно-шелевую продувку. Клапан впускной, через щели выхлоп. Имеем и продувку и наддув полноценый и какой захотим ;)
нарисуй. Я не понимаю, что это.


Bredonosec>> А в 2-тактнике как? При попытке организовать продольное течение газов мысль дорисовывает катящийся поршень, а это уже ванкель.
Aurum> Это не ванкель, это схема юнкерса-чаромского, доведённая до совершенства на 3-5-6ТДФ и 10Д100 :) Это действительно самая выгодная схема ДВС с точки зрения термодинамики и к тому же по-сути самая простая конструктивно.
посмотрел, что за схема - нет, это не то.
Продольное течение газов - это именно ванкель.
А здесь - не более чем сдвоенные цилиндры, с целью сэкономить на крышке цилиндров. Метод продувки поглядел - немалая часть сжимаемого за счет горения топлива газов, выпускается впустую при продувке. Нерационально.
 26.026.0
RU Dmitry_A #25.08.2016 13:55  @Bredonosec#14.07.2016 01:47
+
-
edit
 

Dmitry_A

старожил

Aurum>> Вообще, 2-тактник - это не только неп. впрыск, но и обязательно весомый наддув. Иначе конечно проиграет по ПКД.
Bredonosec> кстати, а как организовать этот наддув? Если выхлоп и всасывание в одно время происходят - как? В 4-тактнике хоть раскиданы по тактам - один через выпускные клапана полностью гарь удаляют, через один - свежее впускают, можно с наддувом.
Bredonosec> А в 2-тактнике как?

Двухтактный цикл без наддува (повышенного давления на впуске) просто невозможен. Поэтому либо отдельный компрессор, либо использование в качестве компрессора подпоршневого пространства цилиндра и картера двигателя (так устроены простейшие дешевые двухтактники).
Я писал для Авиабазы статью в 2005 году, сейчас её здесь нет, однако нашёл копию: Двухтактный дизель — будущее лёгкой авиации.
Я так думаю. ©Фрунзик Мкртчян в фильме «Мимино»
 39.039.0
AD Реклама Google — средство выживания форумов :)
+
-
edit
 

spam_test

аксакал


Aurum> А в чём проблема!? Имеем клапанно-шелевую продувку. Клапан впускной, через щели выхлоп.
Двигателисты говорят, что щели - большой проблема, невозможно достичь хорошего уплотнения при рабочем ходе. Низкая компрессия как ни крутись, поскольку кольца прямо по этим щелям ходят, их надо делать широкими.
Почему аватар не меняется?  33

в начало страницы | новое
 
Поиск
Настройки
Твиттер сайта
Статистика
Рейтинг@Mail.ru